第一款集成了TIA的MCU——MSP430 FR2311 LaunchPad开发板评测

 1.1 简介

了解TI MSP430系列的人通过该芯片型号命名，一眼就能明白，这是一颗集成铁电存储的430超低功耗单片机。然后你或许不知道，这还是业内唯一一款具有集成型低泄漏跨阻放大器(TIA)的MCU。

跨阻放大器是什么?跨阻放大器(TIA)是电流转至电压的转换器。在传感器应用中，特别是高灵敏度的传感器，很多都需要输出电流，要计算有多少电流通过该传感器，通常采用一个运放加电阻的设备，通过外围设计进行计算。虽然TIA是常用器件，但目前市场上很少有将可配置的50pA超低功耗TIA整合到MCU内，这是非常困难的设计。德州仪器(TI)于日前推出的MSP430系列最新产品MSP430FR2311微控制器(MCU)集成可配置的低泄漏跨阻放大器，延长电池使用寿命。

本次我就赶个时髦，入手一块基于MSP430FR2311的LaunchPad，来体验一下该单片机集成的这两大法宝(FR和TIA)是否好用。

1.2 初见

收到快递后我就迫不及待的打开了包装拍照留念一下，如下图所示，TI LaunchPad开发板的包装都有标志性的火箭发射图案。

接下来我们拆开包装看一下都提供了什么东东。

一共是一条数据线，一个开发板主板，还有一份快速向导手册。见下图所示。

数据线采用了Micro-USB 2.0接口，也就是目前主流安卓手机使用的接口，该数据线不仅可以用于给板子供电、编程调试、烧写代码，还可以在你手机缺少充电线的时候用于给手机充电，接口越来越统一了，这也给生活带来了方便。

看完了都有什么，我们接下来仔细看看开发板。

顶视图

斜视图

底视图

我们可以从上面几张图中看出，MSP430FR2311LaunchPad结构十分简洁，一条虚线将板载调试编程器和系统板分割开来，通过跳线帽连接，十分为开发者着想，这样买到该开发板就等于买了一个编程工具和一个具备一定板载外设的最小系统开发板。同时，我们也注意到开发板提供了双面扩展接口，正面采用排针接口，反面采排孔接口，十分为用户着想，不关你用哪种类型的扩展方式，该开发板统统能够适应。而另外一家知名芯片厂商提供的探索板经常是采用两面针的接口，这样做很不为用户考虑，如下图所示。

显然TI的LaunchPad在扩展口的兼容性上更胜一筹，不管你采用哪种类型的扩展接口，我统统能够适应。

1.3 板上资源

如图所示，MSP430FR2311LaunchPad的主控MSP430FR2311就是开发板正中心那颗小拇指指甲盖大小的芯片。提供的可被用户编程把玩的板载外设有：一个用户按键，两枚LED灯，一枚光敏元件。根据之前介绍的，大家应该猜测到这枚光敏元件应该就是为跨阻放大器(TIA)演示而设计的。

另外板子还提供了5V电源接口和3.3V电源接口，方便把用户为自己不同电源接口的外设提供电源。

1.4 安装驱动

MSP430FR2311LaunchPad板载提供了MSP430 FET仿真器，可用于仿真和编程烧录。通常该工具的驱动程序在安装Code Composer Studio 6的时候会一并安装。在默认安装目录下会有路径 C:\ti\msp\MSPWare_3_30_00_18\examples\boards\MSP-EXP430FR2311 包含该驱动程序的下载链接。在安装驱动后打开设备管理器可以看到以下内容(本测评是在Windows10系统下完成，其他系统可能会显示略有差异)。

1.5 DEMO测试

MSP430FR2311LaunchPad在出厂时候内置了一组测试DEMO,例程名字为：OutOfBox_MSP430FR2311。如果你安装了MSPWare3.30或更高版本后，DEMO例程源代码工程路径为：C:\ti\msp\MSPWare_3_30_00_18\examples\boards\MSP-EXP430FR2311\MSP-EXP430FR2311_Software_Examples\Firmware\Source[!--empirenews.page--]

二进制目标代码路径为：C:\ti\msp\MSPWare_3_30_00_18\examples\boards\MSP-EXP430FR2311\MSP-EXP430FR2311_Software_Examples\Firmware\Binary

在二进制目标代码文件夹有个文件夹名字为：MSP430Flasher 该文件夹下的软件很小很牛X.

我们进入Binary文件夹下的OutOfBox_MSP430FR2311文件夹 内，发现两个文件，一个是文本文件，一个是批处理文件。我们以编辑的方式打开批处理文件。

如上图所示内容，我们发现这是一个用于烧录二进制文件的批处理。就是借助了那个仅仅6M大的MSP430Flasher小软件。烧录时候如下图显示：

接下来我们就看看Demo程序都干了些什么。我们先看程序说明。

由此说明可以知道，这是一个通过外部环境变化来影响PWM控制LED亮度显示的例程。我们找到相关部分电路的原理图，如下：

通过此图我们也了解了亮度传感器—光电二极管通过TIA，把外部光照产生的电流转为电压信号，用以ADC检测后来控制PWM实现LED亮度变化。经过测试发现，当光照减小后，LED亮度减弱。这个功能有什么实际的应用呢?大家知道手机屏幕亮度的自动控制吗?就是通过这种方式实现的。

1.6 开发环境与编程

本评测首推CCStudio6.1，这也是目前最新版的官方集成开发环境。其中安装MSP Ware 后可以有丰富的例程可供参考，另外FR2xx系列也提供了基于库函数的开发支持。例程工程支持的开发环境有CCS、GCC和IAR。

根据提供例程里给出的编译环境信息为：Built with IAR Embedded Workbench v6.30 & Code Composer Studio v6.1。因此我们想使用这些例程和库函数，最好也在这些版本的集成开发环境上，或更高版本。

作为MSP430FR2311两大亮点的跨阻放大器和铁电存储是不得不讲的，对于430的其他优点，基本上是集成了430的良好传统，本测评不再讨论。

跨阻放大器(TIA)

跨阻放大器(TIA)是电流转至电压的转换器。TIA=Transimpedance Amplifier.在传感器应用中，特别是高灵敏度的传感器，很多都需要输出电流，要计算有多少电流通过该传感器，通常采用一个运放加电阻的设备，通过外围设计进行计算。虽然TIA是常用器件，但目前市场上很少有将可配置的50pA超低功耗TIA整合到MCU内，这是非常困难的设计。德州仪器(TI)于日前推出的MSP430系列最新产品MSP430FR2311微控制器(MCU)集成可配置的低泄漏跨阻放大器，延长电池使用寿命。废话不多说了，看看这个集成外设是否使用方便。

通常TIA是这么用的，那么程序上好操作吗?我们找到例程看看咋样。下面第一个图是例程源码给出的电路原理图，我们看到跟上面的典型应用是一样的。第二幅图是例程，我们看到通过寄存器操作来看，仅仅两句代码就搞定了配置使用，可见，TIA虽然高大上，实际上用起来却非常简单。

铁电存储器(FRAM)

MSP430FR2311LaunchPad铁电存储器具备三大优点：

(1)速度快，可以跟随总线速度(busspeed)写入。

(2)读写次数无上限。

(3)操作使用非常简单。

简单不简单，例程上面说了算，入下图所示：

我们看到，该例程里的铁电存储器写入函数，也是非常简单的，一共分三步：解除保护，写入，写保护。就好比把大象装冰箱里一样简单。

1.7 小结

我们根据下面这幅图来总结一下MSP430FR2311LaunchPad的硬件配置。我们可以看到作为超低功耗作为430的主要卖点，该开发板提供的板载调试工具还具备能量跟踪模块，可以方便用户对自己的工程进行能耗评估与优化。我们注意到该模块方框图上提供的外置32768晶振，实际上在开发板上是没有提供的，仅仅预留了接口。这是因为FR2311内部集成了高可靠性的震荡发生电路，实际上仅仅一片芯片就可以构成最小系统了。右边的供电系统图也可以清楚的知道该开发板的供电是怎么分配的。

MSP430FR2311LaunchPad开发套件是适用于 MSP430FR2311 MCU 的易用型微控制器开发板。它包含在 MSP430FR2x FRAM 平台上快速开始开发所需要的全部资源，包括用于编程、调试和能量测量的板载仿真。该电路板具有可快速集成简单用户界面的板载按钮和 LED，以及用于开始进行开发的光学传感器接口。该套件随附用于测试光强度和集成运算放大器使用的预编程代码。MSP430FR2311 MCU 器件是全球首款具有可配置低泄漏电流传感放大器的 MCU，具有 50 pA 的电流泄漏和 4 KB 的嵌入式 FRAM(铁电随机存取存储器)以及以超低功耗、高擦写次数和高速写入访问而闻名的非易失性存储器。该器件还具有集成智能模拟功能(集成运算放大器、比较器、DAC 和 ADC)，可帮助连接各种工业传感器，支持大多数传感应用的单芯片实现。由于有 20 引脚的接头和多种 BoosterPack 插入式模块实现无线连接、图形显示、环境传感等技术，因此可以轻而易举地进行快速原型设计。[!--empirenews.page--]

开发板特性总结为：

• l 基于 FRAM 的 MSP430 ULP MSP430FR2311 16 位 MCU 4KB FRAM
• l 可用于超低功耗调试的 EnergyTrace
• l 利用 BoosterPack 生态系统的 20 引脚 LaunchPad 标准
• l 板载 eZ-FET 仿真
• l 1 个按钮和 2 个 LCD，便于用户交互
• l 反向通道 UART 通过 USB 连接到 PC
• l 光学传感电路

MSP430FR2311的特性：

1、可扩展性：具有可配置模拟的单芯片MCU解决方案，消除了闪存与RAM之间的比率限制，并且能够帮助客户连接至任何一个具有反相、非反相或跨阻运算放大器配置的传感器。器件上的1KB SRAM为开发人员提供了额外的软件灵活性;

2、超低功耗：具有低至50pA电流泄露输入集成式跨阻放大器，可实现低电平检测。在1MHz的情况下，针对应用进行优化的低功耗睡眠模式电流低至170µA，可将电池的使用寿命延长至10年以上;

3、简易性：支持可配置模拟的高集成MCU解决方案可帮助开发人员简化电路原理图，同时节省高达75%的PCB空间。MSP430FR2311 MCU使开发人员能够利用ADC、运算放大器、比较器和TIA等模拟集成器件连接广泛的传感器。该解决方案还在单个3.5mm×4mm封装内集成了铁电随机访问存储器(FRAM)技术，并避免了对于板上晶振的需求。此外，该单芯片解决方案还将降低设计复杂度和总体项目的开发时间。

1.8 相关资料下载

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